Trong nhà máy, hầu như lò nung, lò hơi, máy ép nhựa hay nồi nấu nào cũng có ít nhất một can nhiệt. Nhưng khi can nhiệt hỏng và cần mua thay thế, nhiều người mới nhận ra có tới bảy tám loại khác nhau, lắp lẫn thì máy báo sai nhiệt độ. Bài viết này giải thích can nhiệt là gì, các loại thông dụng, và cách chọn đúng loại cho thiết bị của mình.
Can nhiệt là gì?
Can nhiệt (tiếng Anh là thermocouple, còn gọi là cặp nhiệt điện) là cảm biến đo nhiệt độ gồm hai dây kim loại khác nhau, hàn nối với nhau tại một đầu gọi là đầu đo. Khi đầu đo nóng lên, giữa hai dây sinh ra một điện áp rất nhỏ, cỡ vài chục milivôn. Bộ điều khiển nhiệt đọc điện áp này rồi quy đổi thành nhiệt độ hiển thị.
Ở Việt Nam, người dùng hay gọi chung cả cảm biến PT100 là “can nhiệt PT100”, dù về bản chất PT100 là nhiệt điện trở, hoạt động theo nguyên lý khác. Bài viết sẽ nói rõ điểm khác nhau ở phần sau.
Nguyên lý hoạt động
Can nhiệt hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck. Khi hai dây kim loại khác chất nối với nhau và hai đầu ở hai nhiệt độ khác nhau, trong mạch xuất hiện một sức điện động. Sức điện động này phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa đầu đo và đầu nối tự do.
Điều đó dẫn tới ba hệ quả thực tế mà người vận hành cần nhớ:
- Can nhiệt không cần nguồn cấp, nó tự sinh ra tín hiệu.
- Tín hiệu rất nhỏ nên dễ bị nhiễu, phải đi dây tách xa dây động lực.
- Phải dùng đúng dây bù cho từng loại. Dùng dây điện thường nối dài sẽ tạo thêm một cặp nhiệt ký sinh ở chỗ nối, làm sai số.
Cấu tạo can nhiệt
Một can nhiệt công nghiệp thường có bốn phần:
- Đầu đo: chỗ hàn nối hai dây kim loại, là điểm đo nhiệt độ thực tế.
- Cách điện: bột MgO nén chặt (loại dạng dây) hoặc ống sứ luồn dây (loại lắp ráp).
- Ống bảo vệ: inox, hợp kim chịu nhiệt hoặc sứ, bảo vệ dây khỏi va đập, ăn mòn và áp lực. Đây là bộ phận quyết định nhiệt độ làm việc tối đa.
- Đầu nối dây: hộp nhôm đúc chứa cầu đấu sứ, có nắp chống nước. Một số loại không có đầu nối mà ra thẳng dây bù hoặc giắc cắm.
Các loại can nhiệt thông dụng
| Loại | Vật liệu dây | Dải đo | Đặc điểm và ứng dụng |
|---|---|---|---|
| K | NiCr – NiSi | Đến 1100°C | Thông dụng nhất, giá hợp lý, chịu oxy hóa tốt. Lò sấy, lò hơi, máy ép nhựa |
| J | Sắt – CuNi | Đến 500 – 600°C | Dây sắt dễ gỉ trong môi trường ẩm. Máy ép nhựa, máy đùn |
| E | NiCr – CuNi | Đến 600 – 900°C | Tín hiệu lớn nhất trong các loại thông dụng, hợp dải nhiệt trung bình |
| T | Đồng – CuNi | -40 đến 350°C | Nhiệt độ thấp, kho lạnh, phòng thí nghiệm |
| N | NiCrSi – NiSi | Đến 1200°C | Ổn định hơn loại K khi dùng lâu ở nhiệt độ cao |
| S, R | Bạch kim – rhodium | 0 – 1300°C | Chính xác và ổn định ở nhiệt độ cao. Lò nung gốm sứ, thủy tinh |
| B | Bạch kim – rhodium | 400 – 1600°C | Cho lò nhiệt độ rất cao |
Trong thực tế tại Việt Nam, khoảng 80% nhu cầu rơi vào loại K, phần còn lại chủ yếu là loại J trên máy ép nhựa và loại S trong lò nung gốm sứ.
Can nhiệt và PT100 khác nhau thế nào?
| Tiêu chí | Can nhiệt | PT100 |
|---|---|---|
| Nguyên lý | Sinh ra điện áp theo chênh lệch nhiệt độ | Điện trở bạch kim thay đổi theo nhiệt độ |
| Dải đo | Rộng, đến 1600°C | -200 đến 500°C |
| Độ chính xác | Thấp hơn | Cao hơn, cấp A hoặc B |
| Độ ổn định lâu dài | Trôi dần ở nhiệt độ cao | Rất ổn định |
| Dây nối | Cần dây bù đúng loại | Dây đồng thường |
| Giá thành | Rẻ hơn ở cùng kích thước | Cao hơn |
Nguyên tắc chọn đơn giản: dưới 500°C và cần đo chính xác thì dùng PT100; trên 500°C thì dùng can nhiệt.
Các kiểu can nhiệt theo hình dáng
- Loại dạng dây (vỏ bọc): vỏ inox mỏng uốn cong được, đường kính từ Φ2 đến Φ8 mm. Phản hồi nhanh, lắp được ở vị trí hẹp. Xem can nhiệt dạng dây loại K, J.
- Loại có đầu (lắp ráp): ống bảo vệ inox Φ16 hoặc Φ20, đầu nối dây nhôm chống nước, lắp bằng ren hoặc mặt bích. Xem can nhiệt có đầu loại K.
- Loại ống sứ: dùng dây bạch kim, chuyên cho lò nung nhiệt độ cao. Xem can nhiệt loại S.
- Loại gấp khúc chữ L: đầu nối dây nằm vuông góc với đầu dò, tránh hơi nóng bốc lên. Xem can nhiệt lò nhôm chữ L.
- Loại chống cháy nổ và loại tích hợp 4–20 mA: dùng cho khu vực có khí dễ cháy hoặc khi cần truyền tín hiệu xa về PLC.
Sáu bước chọn can nhiệt đúng
- Xác định loại cặp nhiệt. Xem trên bộ điều khiển đang cài TC-K, TC-J hay PT100. Chọn sai loại thì nhiệt độ hiển thị sai vài chục đến vài trăm độ.
- Xác định nhiệt độ làm việc cao nhất, rồi chọn vật liệu ống bảo vệ phù hợp: inox 321 dùng đến 800°C, inox 310S đến 1000°C, ống sứ đến 1300°C.
- Đo chiều dài và đường kính đầu dò. Với đường ống, đầu đo nên nằm khoảng giữa dòng chảy, chiều sâu cắm thường bằng 1/3 đến 1/2 đường kính ống.
- Xem kiểu lắp trên thiết bị: ren (đo cỡ ren), mặt bích (đo đường kính và số lỗ), rắc co, hay chỉ cắm qua lỗ.
- Chọn số cặp dây. Một cặp là đủ cho điều khiển. Hai cặp dùng khi cần vừa điều khiển vừa ghi, hoặc để dự phòng.
- Chọn dạng tín hiệu. Tín hiệu mV gốc cho khoảng cách ngắn; chọn loại có bộ chuyển đổi 4–20 mA khi truyền xa hoặc khu vực nhiều nhiễu.
Lắp đặt và sử dụng đúng cách
- Đầu đo phải nằm trong vùng nhiệt cần đo, không chạm thành lò hay đáy bể.
- Đầu nối dây nên ở nơi mát, nhiệt độ dưới khoảng 100°C, lỗ luồn cáp hướng xuống để tránh nước đọng.
- Dùng đúng dây bù theo loại cặp nhiệt và đấu đúng cực dương, âm.
- Đi dây tín hiệu riêng, tránh chạy song song và sát dây động lực.
- Với can nhiệt ống sứ, hạ từ từ vào lò nóng để tránh nứt vỡ do sốc nhiệt.
Các lỗi thường gặp và cách xử lý
| Hiện tượng | Nguyên nhân thường gặp | Cách xử lý |
|---|---|---|
| Nhiệt độ hiển thị sai lệch lớn | Cài sai loại cặp nhiệt trên bộ điều khiển | Kiểm tra lại cài đặt TC-K, TC-J, PT100 |
| Nhiệt độ nhảy loạn, không ổn định | Nhiễu điện, đấu lỏng, dây bù sai loại | Siết lại cầu đấu, thay đúng dây bù, tách dây tín hiệu |
| Hiển thị thấp hơn thực tế | Đầu đo cắm chưa đủ sâu, bám cặn dày | Tăng chiều sâu cắm, vệ sinh ống bảo vệ |
| Báo lỗi đứt cảm biến | Dây cặp nhiệt đứt, ống bảo vệ thủng | Thay lõi hoặc thay cả can nhiệt |
| Sai số tăng dần sau thời gian dài | Dây lão hóa do làm việc lâu ở nhiệt độ cao | Thay mới, hoặc chuyển sang loại N, loại S nếu lò chạy liên tục nhiệt độ cao |
Cách kiểm tra nhanh can nhiệt còn tốt
- Với can nhiệt: đo thông mạch hai đầu dây. Nếu hở mạch là đã đứt. Hơ nóng đầu đo và xem nhiệt độ trên bộ điều khiển có tăng theo không.
- Với PT100: đo điện trở giữa hai dây khác màu, khoảng 108 – 110 Ω ở nhiệt độ phòng là bình thường. Nếu bằng 0 hoặc hở mạch là hỏng.
- Kiểm tra chéo: dùng súng đo nhiệt hoặc nhiệt kế chuẩn đo tại cùng vị trí và so sánh.
Câu hỏi thường gặp
Can nhiệt loại K có thay được cho loại J không?
Không. Hai loại cho điện áp khác nhau ở cùng nhiệt độ, nên lắp lẫn sẽ sai số lớn. Phải chọn đúng loại mà bộ điều khiển đang cài.
Can nhiệt dùng được bao lâu?
Tùy nhiệt độ và môi trường. Ở nhiệt độ vừa phải có thể dùng vài năm; trong lò chạy liên tục trên 1000°C hoặc môi trường ăn mòn thì phải thay thường xuyên hơn. Nên coi ống bảo vệ là vật tư tiêu hao và có sẵn hàng dự phòng.
Có nối dài dây can nhiệt bằng dây điện thường được không?
Không nên. Phải dùng dây bù đúng loại, nếu không chỗ nối sẽ sinh thêm sức điện động và làm sai kết quả đo.
Không biết can nhiệt cũ là loại nào thì làm sao?
Xem thông tin in trên thân can nhiệt hoặc cài đặt trên bộ điều khiển. Nếu không rõ, chụp ảnh can nhiệt và bộ điều khiển gửi cho nhà cung cấp để xác định loại tương đương.
Mua can nhiệt ở đâu
P2P VINA cung cấp can nhiệt loại K, J, E, S và cảm biến PT100 cho nhà máy trên toàn quốc, nhận làm theo chiều dài, đường kính, kiểu ren và mặt bích theo yêu cầu, xuất hóa đơn VAT. Anh/chị xem toàn bộ sản phẩm tại danh mục can nhiệt.
Cách nhanh nhất để được báo giá đúng: chụp ảnh can nhiệt cũ kèm thông số chiều dài, đường kính, kiểu lắp và gửi qua Zalo.
Gọi / Zalo: 0886 702 345 – Chat Zalo ngay
